.NET 9 Native AOTビルドの実践 - CLIツールで15ms起動を実現 | Arstella Tech Blog

はじめに#

CLIツールを作っていて、こんな悩みはありませんか？

「.NETランタイムのインストールが面倒」「起動に時間がかかる」「配布するファイルが多すぎる」

私もRedmineCLIを開発する中で、同じ悩みを抱えていました。そこで出会ったのが、.NET 9のNative AOT（Ahead-Of-Time）コンパイルです。

本記事では、RedmineCLIでNative AOTを採用し、起動時間15ms、バイナリサイズ18MBを実現した具体的な方法を共有します。

Native AOTとは何か#

Native AOTは、.NETアプリケーションを事前にネイティブコードにコンパイルする技術です。

従来の.NETアプリケーションの特徴。

実行時にJIT（Just-In-Time）コンパイル
.NETランタイムが必要
初回起動が遅い

Native AOTアプリケーションの特徴。

ビルド時に完全にネイティブコード化
ランタイム不要の単一実行ファイル
即座に起動

なぜCLIツールにNative AOTが最適なのか#

CLIツールの特徴を考えてみましょう。

頻繁に起動・終了する
- コマンドを打つたびに起動
- 起動時間は体感速度に直結
配布のシンプルさが重要
- 単一ファイルが理想
- 依存関係は少ないほど良い
リフレクションの使用が限定的
- 複雑な動的処理は不要
- コマンドライン解析程度

これらの特徴は、まさにNative AOTの得意とする領域です。

RedmineCLIでの実装#

基本設定#

まず、プロジェクトファイルでNative AOTを有効にします。

<PropertyGroup>
  <TargetFramework>net9.0</TargetFramework>
  
  <!-- Native AOT settings -->
  <PublishAot>true</PublishAot>
  <OptimizationPreference>Size</OptimizationPreference>
  <StripSymbols>true</StripSymbols>
</PropertyGroup>

各設定の意味を説明します。

PublishAot: Native AOTを有効化
OptimizationPreference: サイズ最適化（CLIツールは起動頻度が高いため）
StripSymbols: シンボル情報を削除してサイズ削減

System.Text.Json Source Generatorの活用#

Native AOTの最大の制約は、リフレクションが使えないことです。 JSONシリアライゼーションでは、Source Generatorを使用してコンパイル時にコードを生成します。

RedmineCLIでは、JsonSerializableAttribute を使用して、シリアライズ/デシリアライズする型（Issue、Project、User など）を事前に登録しています。また、JsonSourceGenerationOptions でスネークケース変換やインデント設定などのオプションを指定し、専用の JsonSerializerContext を作成しています。

実際の使用時は、この生成されたコンテキストを JsonSerializer のメソッドに渡すことで、リフレクションを使わずに高速な JSON 処理を実現しています。この方法により、実行時の型情報探索が不要になり、Native AOT との互換性が保たれます。

リフレクション回避の設計パターン#

DIコンテナーの明示的な構成#

Native AOTでは、リフレクションベースの自動登録が使えないため、すべてのサービスを明示的に登録する必要があります。 RedmineCLIでは、ConfigureServicesメソッドで各サービス（IFileSystem、IConfigService、IRedmineApiClientなど）を一つずつAddSingletonで登録しています。この方法により、コンパイル時にすべての依存関係が解決され、実行時のリフレクションが不要になります。

ファクトリーメソッドの活用#

動的な型生成やリフレクションベースのインスタンス作成の代わりに、静的なファクトリーメソッドを使用します。 RedmineCLIでは、各コマンドクラスにCreateメソッドを実装し、必要な依存関係を引数として受け取り、サブコマンドを静的に構築しています。これにより、コマンドの構造がコンパイル時に確定し、実行時の動的処理が不要になります。

トリマー警告への対処#

Native AOTビルドでは、使用されないコードを削除する「トリミング」が行われます。サードパーティライブラリで警告が出る場合は、プロジェクトファイルで以下の対処が可能です。

警告の抑制: TrimmerSingleWarnをfalseに設定し、特定の警告コード（IL2104、IL3053など）をNoWarnプロパティに追加
アセンブリの保護: TrimmerRootAssemblyで必要なアセンブリ（VYamlなど）を明示的に保護

これらの設定により、トリマーが必要なコードを誤って削除することを防げます。

実際のビルドコマンド#

プラットフォーム別のビルド例を示します。

# Windows向け
dotnet publish -c Release -r win-x64 \
  -p:PublishAot=true \
  -p:Version=0.8.1 \
  -p:IncludeSourceRevisionInInformationalVersion=false

# macOS ARM64向け
dotnet publish -c Release -r osx-arm64 \
  -p:PublishAot=true \
  -p:Version=0.8.1

# Linux向け
dotnet publish -c Release -r linux-x64 \
  -p:PublishAot=true \
  -p:Version=0.8.1

遭遇した困難と解決策#

サードパーティライブラリの互換性#

多くのライブラリがリフレクションに依存しており、AOT非対応でした。

解決策

AOT対応ライブラリを選定
Spectre.Console（v0.50.0以降でAOT対応）
System.CommandLine（ベータ版だがAOT対応）
VYaml（YAMLパーサー、トリマー警告はあるが動作）

画像処理ライブラリの選定#

Sixel画像表示機能で苦労しました。

System.Drawing.Common → Windowsのみ
SkiaSharp → ネイティブライブラリが必要でAOT不可
ImageSharp → ライセンスが商用不向き
StbImageSharp → パブリックドメイン、ピュアC#で完璧！

デバッグの難しさ#

Native AOTでは、スタックトレースが読みにくくなります。

対策

開発時は通常のビルドを使用
リリース前にAOTビルドでテスト
ログ出力を充実させる

ビルド時間の長さ#

Native AOTビルドは通常のビルドより時間がかかります。

対策

CI/CDでのみAOTビルド
開発時は通常ビルド
GitHub Actionsで並列ビルド

成果#

Native AOT採用により、以下の成果を達成しました。

パフォーマンス#

起動時間の比較（Linux x64での実測）。

# 通常の.NETアプリ（PublishAOT=false）
$ time bin/Release/net9.0/linux-x64/publish/redmine --version
0.8.1+243a42fff1b8121e722042217735a13662b78eec

real    0m0.165s
user    0m0.140s
sys     0m0.027s

# Native AOT版
$ time redmine --version
0.8.1

real    0m0.015s
user    0m0.012s
sys     0m0.003s

約11倍の高速化！

通常の.NETアプリでも165msという速さですが、Native AOTなら15msまで短縮。体感できるレベルの差です。

バイナリサイズ#

通常の.NETアプリケーションとの比較（Linux x64での実測）。

# 通常の.NETアプリ（PublishAOT=false）
$ ls -lh bin/Release/net9.0/linux-x64/publish/redmine
-rwxr-xr-x 1 coder coder 71M Jul 26 12:33 redmine

# Native AOT版（PublishAOT=true）
$ ls -lh bin/Release/net9.0/linux-x64/publish/redmine
-rwxr-xr-x 1 coder coder 18M Jul 26 12:44 redmine

約4分の1のサイズに削減！

71MBから18MBへ。 .NETランタイムを含まない単一実行ファイルとしては、十分に実用的なサイズです。

さらに、配布時のZIP圧縮後のサイズはもっと小さくなります。

redmine-cli-0.8.1-win-x64.zip      6.33 MiB
redmine-cli-0.8.1-linux-arm64.zip  7.01 MiB
redmine-cli-0.8.1-osx-arm64.zip    7.14 MiB
redmine-cli-0.8.1-linux-x64.zip    7.20 MiB
redmine-cli-0.8.1-osx-x64.zip      7.39 MiB

配布ファイルは約6～7MB。これならGitHubからのダウンロードも一瞬です。

配布の簡単さ#

# ダウンロードして
curl -LO https://github.com/.../redmine-cli-osx-arm64.zip
unzip redmine-cli-osx-arm64.zip

# 実行権限を付けて
chmod +x redmine

# すぐ使える！
./redmine auth login

.NETランタイムのインストール不要。これがCLIツールのあるべき姿です。

まとめ#

Native AOTは、CLIツールにとって理想的な技術です。

得られたメリット#

圧倒的な起動速度
- 15msでの起動は体感できるレベル
- ストレスフリーな操作感
シンプルな配布
- 単一実行ファイル
- 依存関係なし
クロスプラットフォーム対応
- 各OS向けに最適化されたバイナリ
- ARM64もサポート

注意点#

リフレクションの制限
- Source Generatorの活用が必須
- 設計段階からの考慮が必要
ライブラリの選定
- AOT対応を確認
- ピュアC#実装が理想
ビルドプロセスの複雑化
- プラットフォーム別ビルドが必要
- CI/CDの設定が重要

それでも、これらの制約を上回る価値があります。特にCLIツールを作るなら、Native AOTは必須の選択肢と言えるでしょう。

RedmineCLIのソースコードはGitHubで公開しています。 Native AOTの実装例として、ぜひ参考にしてください。

.NET 9 Native AOTビルドの実践 - CLIツールで15ms起動を実現